基于定量设计虚拟阻抗的VSG低电压穿越策略

基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制的新能源并网逆变器能够为电网提供惯性、阻尼以及调频调压支撑,在电网电压跌落时却面临过流的风险.尽管有文献提出采用虚拟阻抗抑制过流,但是它们只考虑抑制过流的单一目标.而根据国标要求,电网电压跌落时逆变器还需要输出一定无功电流,但已...     

弱电网下提高VSG稳定性的虚拟阻抗方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)因其良好的动态性能已经被广泛应用于新能源并网中.由于新能源大多地处偏远,分布式电源的接入位置分布广泛,导致电网等效阻抗增大,表现出弱电网特性.在dq坐标系下建立VSG等效输出阻抗模型,基于阻抗的稳定性分析方法,分析VSG和电网之间的交互...     

考虑频率耦合效应的虚拟同步发电机序阻抗建模

中低压配电网的线路阻抗呈现时变特征,使得基于虚拟同步发电机VSG (virtual synchronous generator)算法的分布式发电单元和电网阻抗产生交互作用,出现系统失稳。阻抗模型是一种基于外特性的建模方法,是研究分布式发电系统稳定性的有效手段之一。考虑到VSG系统存在着频率耦合特性,首先阐述了VSG系统的频率耦合原因,采用谐波线性化的方法建立包含功率外环和频率耦合效应的完整VSG序阻抗模型。再从阻抗测量和并网交互两个角度分析了频率耦合效应对VSG输出阻抗特性的影响。仿真结果验证了模型的准确性和适应性,表明所建立的阻抗模型能准确反映VSG的二倍频频率耦合特征。     

虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略

伴随着分布式能源渗透率的逐渐提高,电力系统中的转动惯量相对减小,严重影响到系统安全稳定运行。其中虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)因具备同步发电机的相关特性而备受关注。针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡,从而引起下垂特性的变化的情况,在对动静态功率耦合机理分析的基础上,提出基于虚拟稳态同步负阻抗的功率解耦策略,更好地消除了功率环间的耦合作用。通过建立基于所提出的VSG新型功率解耦策略的全局状态空间小信号模型,证明了该解耦策略的有效性。最后,搭建了基于解耦策略的VSG实验平台。通过实验结果验证了所提解耦策略的有效性,消除了功率环间的耦合作用,增强了VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。     

与SG具有一致响应的VSG小信号建模和分析

提出一种新型的虚拟同步发电机(VSG)设计方法,构建虚拟的励磁控制器、调速器和电磁暂态模拟单元。分别对机端电压的d、q分量引入PI控制器,以达到VSG与同步发电机(SG)具有一致响应的目的。建立VSG单机无穷大系统小信号模型,求取并分析系统特征根及其参与因子。分析惯性时间常数、励磁参数对VSG小信号稳定性的影响规律,发现其与SG相关理论吻合。同时分析PI控制参数、线路参数对系统小信号稳定性的影响。利用MATLAB/Simulink仿真验证了上述方法的正确性。     

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。     

虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。     

基于模糊PI自适应虚拟阻抗的VSG并联控制策略*

针对微电网多VSG并联运行时,各虚拟同步发电机与负荷之间的线路阻抗不一致,导致并联逆变器端口电压不同,进而引发功率环流的问题,提出了一种VSG并联系统控制方法,设计了基于模糊PI控制的自适应虚拟阻抗模块来快速补偿并联逆变器端口电压的差值,从而抑制环流,并实现功率的精确分配,最后通过MATLAB/Simulink仿真实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于小信号模型的VSG并联系统惯量特性分析

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术是解决以电力电子变流器为接口的新能源渗透率逐渐提高导致系统惯性与阻尼减小问题的有效方法。而其核心参数虚拟转动惯量一直缺少选取原则,特别是在多机并联以及出现的越来越多的变参数控制策略的情况下,参数选取不当极易造成系统震荡。以一个两机系统为例,搭建改进高阶小信号模型,对具有同步发电机特性逆变电源虚拟转动惯量J变化对系统的影响进行了详细分析,提出适用于自适应等灵活控制的J的选取原则,根据稳定阈值及系统运行要求对参数进行选取,可提高系统的稳定性能,并通过仿真和实验验证了分析结果的正确性。     

虚拟同步发电机对低频振荡的影响建模与特性分析

虚拟同步发电机(VSG)控制可模拟同步发电机(SG)的运行特性,帮助逆变电源克服惯量小、阻尼低的缺点,但VSG控制可能使逆变电源参与大电网机间或区域低频振荡。针对该问题,文中构建适用于电网低频振荡特性研究的VSG-SG互联系统小信号模型,并以此为基础,对比研究VSG和SG影响系统低频振荡模态的区别与联系,揭示VSG参与电网低频振荡的机理,辨析VSG各控制环节对低频振荡模态的影响力,分析不同类型VSG的低频振荡风险。最后,通过RT-LAB平台进行实验,验证了小信号模型分析的结果。     

并网逆变器小信号建模方法对比及其适用性分析

小信号建模是当前微电网稳定性分析和逆变器控制器设计的重要手段。依据是否考虑滤波器和线路的动态特性,小信号模型可以分为高阶模型和降阶模型,因此产生两种模型的对比问题。文中在考虑功率环、LC滤波器与线路阻抗等各环节小信号建模的基础上,针对单逆变器并网系统建立了高阶小信号模型。进而采用稳态方程描述滤波器和线路的动态特性,得到系统的降阶模型与误差表达式。然后针对单逆变器并网工况,利用MATLAB/Simulink软件,仿真验证了两种模型的正确性。随后,通过对特征根、主要相关状态变量与误差表达式进行分析,均表明降阶模型能够高精度地获取低频特征根。此外,通过对两种小信号模型获取的参数灵敏度和根轨迹进行分析,发现降阶模型应用到低频振荡、阻尼分析和控制器设计等场合的效果与高阶模型一致。但因无法获得中高频特征根,在低阻抗比或感性网络中存在稳定性判断错误的可能性。最后,通过根轨迹及功率响应波形,验证了这些结论的正确性。     

基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着可再生能源的渗透率越来越高,分布式电源面临多重挑战,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行机制,成为有效解决方法之一。以双馈风电机组为研究对象,研究分析其虚拟同步控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯性和频率支撑能力。内环采用改进型双馈风电机组定子电压、转子电流双闭环控制结构,并且建立定子电压控制模型及发电机输出阻抗模型。针对并网时功率存在的耦合问题,采用基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略,实现了双馈风电机组并网功率的解耦。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

三相并网逆变器闭环输出阻抗建模及其优化

变压器漏感、线路阻抗等导致实际电网存在阻抗,并网逆变器输出阻抗与电网阻抗不匹配容易导致并网逆变器的稳定性变差,甚至不稳定。采用阻抗稳定判据对系统稳定性分析时,研究并网逆变器的闭环输出阻抗特性至关重要。首先在静止坐标系中建立了并网逆变器的闭环输出阻抗模型,并对电网存在阻抗情况下系统稳定性机理进行了研究。针对数字控制系统中计算延时和PWM调制等效延时对闭环输出阻抗的影响,提出了一种阻抗优化方法,以增大闭环输出阻抗幅值,提高系统的稳定性。采用改进阻抗的方法,以网侧存在RLC阻抗为例,对并网逆变器的稳定性进行了分析以及实验验证,结果表明所提出方法的正确性和有效性。     

虚拟同步发电机并联运行的阻抗匹配策略

在逆变器中加入转动惯量和阻尼,实现虚拟同步发电机(VSG)控制,可在兼顾本地负载平滑切换的同时提高交流母线频率稳定性。VSG并联按其容量配比对负载进行合理分配,但阻抗不同会对并联造成稳态误差,同样会影响动态性能。提出一种基于虚拟阻抗的并联VSG控制方法,对励磁环节进行改进,实现对交流母线电压的控制,分析有功功率和无功功率运行特性;加入虚拟阻抗并得出阻抗匹配原则,分析虚拟阻抗在暂态过程中的效果。在MATLAB/Simulink中和实验台架上进行了两台VSG并联仿真和实验,结果表明,提出的控制策略可以抑制投切过程中的频率波动,提高VSG并联的稳定性。     

基于小信号稳定性分析的含VSG微电网电能质量主动控制

为提高分布式电源电力电子变换装置的利用率,实现变流器的功率控制,提高电能质量,文中提出一种基于小信号稳定性分析的含虚拟同步发电机(VSG)微电网的电能质量主动控制策略,在原有双闭环控制器基础上,设计参数化控制器进行谐波抑制,实现控制性能指标的改进。首先,建立基于微电网拓扑的VSG小信号模型,并分析VSG控制过程的稳定性。其次,设计了基于鲁棒观测器的控制器,以电能质量性能指标跟踪误差最小为目标函数,利用优化方法对跟踪误差进行逐步最优求解。通过MATLAB/Simulink对所提控制策略进行仿真,结果表明:所提出的方法实现了变流器鲁棒控制和电能质量治理,性能改善作用明显。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

基于下垂控制逆变器的虚拟发电机建模与特性研究

当今电网中分布式电源比重不断增加,因电力电子变换器带来的欠阻尼、低惯量电网稳定性问题越来越多,如何通过有效合理的控制方法控制并网逆变器,将分布式电源安全可靠地接入电网成为研究的热点。基于下垂控制逆变器的虚拟发电机(VSG)技术能够模拟同步发电机运行特性,将分布式电源呈友好特性并入电网。文章搭建了虚拟发电机模型,利用Matlab/Simulink软件构造出单机无穷大系统算例,仿真虚拟发电机的运行特性,验证了所提虚拟发电机技术的可行性,为其在电网中的应用提供理论支持。